采用综合物探手段探索莫合台地区隐伏构造

栾志刚，周金玲，李 宏

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司工程勘察院，新疆 乌鲁木齐 830002)

莫合台镇位于准噶尔盆地西北与塔城额敏盆地交界的乌日克下亦山东段南麓，白杨河与布尔阔台河两冲洪积扇交汇区，交汇底部呈三角洼地，陡坎有线状地下水溢出，形成沼泽湿地；洼地两侧扇坡地势平缓开阔，戈壁砾漠覆盖，荒漠植被稀疏，现镇区周围戈壁荒漠区已改造种植了几万亩防风固沙生态沙棘林，对当地环境改善、脱贫、可持续发展创造了良好的条件。但由于区内年降水量不足100 mm，且无地表引水，其沙棘生长全部取自当地地下水。据了解当地现有取水井近百眼，其中约30%机井抽取的地下水中富含有益微量元素—锶，部分样品锶含量≥0.40 mg/L，最高可达3.63 mg/L。为探究该区地下水中锶的来源及分布特征，查清区内控水构造条件，结合多种物探手段，综合分析研究，取得了对该区隐伏构造的认识，对分析研究洼地区储水构造体系与地下水补径排关系，探究富锶水中锶的来源及空间分布具有指导意义。

本次研究采用地球物理测井、高密度电阻率法及电阻率测深法相互结合，基本查明北部基岩山区主要岩体基岩在完整和非完整状态下的电性参数特征，判断北部基岩山区北东向和北西向断层向洼地区的延伸情况。通过电测深及钻探测井验证等手段，基本查清研究区内基底起伏变化及储水构造的分布特征。

1 区域地质概况

根据区域地质普查资料，区域内地层从老到新发育有古生界泥盆系、石炭系，缺失二叠系；中生界可见侏罗系，零星可见三叠系，缺失白垩系；新生界缺失古近系，零星可见新近系，广泛发育第四系，其中第四系多发育在盆地和谷地中，前第四系主要分布在山区，以侵入岩和火山碎屑岩为主。

工作区处于准噶尔弧形构造的西翼与塔尔巴哈台山区域东西向构造的斜接复合部位，乌日可下亦山地层多呈北东向展布，主要受准噶尔盆地板块西缘华力西期晚期北东向深大断裂带控制。

工作区北部基岩山区主要发育有北西向莫湖台东断层(F1)和北东向莫湖台断层(F2)两条较大断裂, 见图1，推测该两条断裂在莫合台洼地区交汇, 构成X型断层组合，控制着莫合台洼地地质和水文格局，对地下水水量和水质变化均有较大影响。

图1 工作区主要断裂分布图

2 工作部署及解释方法

2.1 工作部署

为了解工作区北部山区及山前基岩浅埋区的断层发育及延伸情况，先后布置了4条高密度电阻率剖面和6条电测深剖面，编号为G1、G2、G3、G4 和D1、D2、D3、D4、D5、D6；为了解洼地区电性层结构及覆盖层的总体变化规律，在东部沙棘林地现有井旁布置了3条高密度电阻率剖面及58个电测深散点；在2个勘探性钻孔中开展综合水文测井，测取电阻率电位、自然电位和自然伽玛3条曲线，物探工作布置详见图2。

图2 物探工作布置图

本次使用的测量仪器，地球物理测井选用中装集团重庆地质仪器厂生产的JGS-1B 型综合数字测井系统，由笔记本电脑、测井主机、绞车和系列探管组成，测取电阻率电位、自然电位、自然伽玛三条曲线，各曲线均在仪器自动控制下连续测量。

高密度电阻率法采用中装集团重庆地质仪器厂生产的DUK-2A 型高密度电法测量系统，由数据采集系统和电极转换系统两部分组成，本次高密度电法勘探采用温纳装置，电极数60 个, 电极间距5 m，排列长度300 m，有效探测深度小于80 m，每个排列记录点数552个。

野外数据采集之前，严格进行电极接地电阻检查，保证每一根电极接地良好，所有测点的数据均稳定变化，测量电压(△V)均大于3 mV，供电电流(I)均大于3 mA，符合《水利水电工程物探规程》的要求。

表1 电测深装置极距一览表

电测深数据质量评价通过系统检查方式进行，本次按工作精度控制标准，在工作区不同部位共布置9个系统检查点，单点均方相对误差均小于3.5%，总均方相对误差(M)为0.38%，小于规范规定的总均方相对误差(M)小于3.5%的精度要求，外业数据质量可靠。

2.2 解释方法

高密度电阻率法，首先将存储在仪器中的原始测试数据通过“电法测量系统数据接收与转换”软件传输至计算机中，并转换成适合高密度电法解释软件(Geogiga CRT)格式的数据文件进行保存。然后进入到Geogiga CRT解释软件中进行相关的处理和反演解释，生成工作断面的电阻率反演色谱图像，直观反映地下电性地质体的空间分布形态，再结合工作区的地质资料对异常体做出推断解释。

电阻率测深法电测深资料整理，首先是对野外原始观测数据检查、处理及剖面测量数据的整理，并对测区电测曲线类型、地电断面进行分析、统计，归纳出测区主要电性层的电性参数。其后结合测区地质及水质分析成果资料对电测曲线进行定量解释，解释方法主要有量板法、拐点切线法及经验系数法，对典型曲线采用计算机数字拟合解释，最后绘制定性、定量成果图件，并对其进行分析，做出地质解释。

3 测区电性特征及成果分析

3.1 测区电性特征

工作区北部基岩山区，岩性主要为花岗岩和火山碎屑岩，在完整状态下一般呈现高阻特征，电阻率通常可达到500 Ω·m以上，但随着裂隙发育程度和破碎程度的增大，电阻率会表现出明显的下降趋势，在较破碎的情况下，可下降到200 Ω·m左右，这种电性上的明显差异为应用高密度电阻率法探测断层破碎带的发育情况提供了良好的地球物理条件。

莫合台洼地区地层为多层结构，岩性以卵砾石、砂砾石、粗砂含砾、砂土互层和砂泥岩为主，不同岩性层具有不同的电性特征，综观洼地区电测深曲线，若忽略地形及浅部不均匀地质体的影响，曲线类型基本可归结为三大类，即HK、QQ和KQ型，其共同特征是曲线尾支均呈下降趋势，见图3、图4和图5。

图3 HK型典型电测深曲线图

图4 QQ型典型电测深曲线图

图5 KQ型典型电测深曲线图

HK型(见图3)：该类型曲线主要分布在洼地区北部的冲洪积戈壁砾石带，反映地下为四层地电断面，其层间电性关系为：ρ1>ρ2<ρ3>ρ4。

QQ型(见图4)：该类型曲线主要分布在洼地中部，现状多为耕地和林地。该曲线反映地下为四层地电断面，其层间电性关系为：ρ1>ρ2>ρ3>ρ4。

KQ型(见图5)：该类型曲线主要分布在洼地区的东南部，反映地下为四层地电断面，其层间电性关系为：ρ1<ρ2>ρ3>ρ4。

从上述典型曲线特征来看，砂泥岩层为稳定的低阻特征，可作为定量解释的参照层。同时，根据工作区不同部位十字测深点解释结果，中浅部地层岩性存在各向异性，中深部地层各向异性较小，且地层分布均匀稳定。

综合上述资料，取得工作区200 m深度内主要电性层的电性参数见表2。由表可看出区内卵砾石、砂砾石、粗砂含砾及砂土互层之间电性差异较明显，为电阻率法划分地层结构提供了良好的地球物理条件。

表2 调查区各电性层的电性参数表

3.2 成果分析

通过对工作区北部山区及山前基岩浅埋区布置的G1、G2、G3、G4等4条高密度电阻率剖面的测量结果，见莫合台镇西北蒙戈尔姜沟出山口下游G1和G2剖面高密度电阻率影像图(图6)；莫合台镇东北沿额敏-和丰公路(S318省道)进山口G3和G4剖面高密度电阻率影像图(图7)。

图6 G1和G2剖面高密度电阻率影像图

图7 G3和G4剖面高密度电阻率影像图

G1剖面垂直于山前北西——南东向蒙戈尔姜沟谷走向布置，处于花岗岩体与火山岩的接触带,影像图中红色为高阻分布，电阻率最高达上千Ω·m，推断岩性为漂卵石；蓝色为相对低阻分布，电阻率250 Ω·m左右，推断岩性为破碎基岩。综合剖面电性特征和现场地质调查结果分析， 整个剖面处于断层破碎带上，验证了北西——南东向(莫合台东断裂F1)断层在该位置客观存在。

G2剖面位于G1剖面东南部下游，由20个排列组成，拼接剖面长3 000 m，由图可见，剖面浅部分布厚度一般小于15 m的坡积碎石土，其下为硬质基岩，在不同地段完整性差异较大。在0～300 m段和 2 000～3 000 m段为红色高阻分布，电阻率一般大于400 Ω·m，推断为较完整基岩；在300～2 000 m段，为蓝色的相对低阻分布，电阻率一般在160 Ω·m左右，推断岩性为较破碎基岩。由此判断剖面300～2 000 m段为北西—南东延伸断裂的破碎带，其宽度可达1 700 m。

G3剖面位于东北部基岩山区S318省道进山口、垂直于区域上额敏—和丰公路(现为S318省道)断层走向布置，剖面长600 m，由图可见，剖面浅部分布厚度一般小于12 m的碎石土，其下为硬质基岩(火山岩)分布，在不同地段完整性差异较大。在0～200 m段为红色高阻分布，电阻率一般大于400 Ω·m，推断为较完整基岩；在200～600 m段，为蓝色的相对低阻分布，电阻率一般在160 Ω·m左右，推断岩性为较破碎基岩。由此证实，剖面200～600 m段为额敏—和丰公路(现为S318省道)断层延伸的断层破碎带，其破碎带宽度大于400 m。

G4剖面位于G3剖面的西南部另一冲沟内，垂直于F2 断层走向布置，剖面长度600 m，由图可见，剖面浅部分布的冲洪积碎石土，厚度一般小于10 m，其下为硬质基岩(火山岩)分布，在400～600 m段为红色高阻分布，电阻率一般大于400 Ω·m，推断为较完整基岩；在0～400 m段，为蓝色的相对低阻分布，电阻率一般在160 Ω·m左右，推断岩性为较破碎基岩。由此证实，剖面0～400 m段为受F2断层影响的断层破碎带，破碎带宽度大于400 m。

在上述工作基础上，为进一步查明莫合台镇区扇间洼地区覆盖层的总体变化规律，在洼地区又布置58个电测深散点，并结合贯穿扇间洼地剖面的电测深点和钻孔资料，绘制了洼地区基岩顶板埋深和基岩顶板高程等值线平面图(图8)。

图8 莫合台洼地基岩顶板埋深及高程等值线平面图

从基岩顶板埋深等值线来看，埋深等值线基本由北东向南西顺向排列，深度由北西向南东方向逐渐变浅。在工作区西北部基岩埋深最大，可达200 m以上，向东南方向逐渐变浅，至工作区中部基岩埋深变为160 m左右，到工作区东北部，基岩埋深100～150 m，到东南部基岩埋藏小于100 m，到南边界已小于50 m。

从基岩顶板高程等值线来看,基岩顶板地形存在南高北低、西高东低，在工作区中部第四系覆盖物下存在一个开口朝向北东方向的半封闭“U”型洼槽带，基底最小高程480 m左右，由洼槽向西北、西南、东南三个方向基底高程逐渐抬升至530 m以上，且在东南区域基底最大高程达到600 m。

4 结语

(1)根据本次物探探测验证，工作区西北部基岩山区发育的布拉特南断裂，通过莫合台镇区西北蒙戈尔姜沟出山口向东南延伸，上覆第四系，下伏泥盆系火山岩、火山碎屑岩及华力西期侵入花岗岩体，在完整、较完整状态下表现为高阻特征，在断层发育地段，由于岩石破碎，裂隙被泥质和裂隙水充填，电阻率明显降低，断裂破碎带宽度超过1 700 m。结合区域地质资料和卫星遥感影像解译综合分析，布拉特南断裂在山前坡洪积物带呈隐伏断裂构造存在，其延伸的方向与莫湖台东断裂F1一致。

工作区东北部基岩山区发育的区域上额敏—和丰公路断裂，因该断裂向南西延伸被第四系覆盖，由高密度影像探测结果，其在风光伏电站东北断裂破碎带宽度超过400 m，向南西仍呈隐伏状延伸，到莫合台镇居民区东侧影像图上反映较明显，顺北东—南西向地表天然植被呈“S”形发育，其植被发育带宽度在1～7 km，断裂走向与莫湖台断裂F2一致。

(2)两断裂带在莫合台低地交汇，对该区三角洼地东西边界起到控制作用，促使山区东、西部地下水与洼地地下水的补排关系更为直接密切，因其补给途径分别来自西北水量丰沛区和东北干旱少雨区，使洼地区水质变化较为复杂。

(3)洼地区基底为第三纪低阻的砂泥岩地层，受新构造运动的影响，基底起伏变化较大，在莫合台镇东北部靠近三角洼地顶部山前扇缘，基底地形存在南高北低、西高东低的半封闭凹槽构造特征，从地下水补径排水文地质条件分析半封闭的凹槽构造相当于地下水储水构造体，有利于地下水流场的静止缓流，促使沉积作用的加强和水化学元素的富集。